土壤地理学课件(前部分)

1、土壤物质组成及性质,土壤形成、分类与分布,我国主要的土壤类型,四川的土壤类型,土壤污染与保护,制作与主讲：罗明云,联系方式绪 论,土 壤 地 理 学电子教案,China West Normal University,土壤概念及性质,壤肥力,土壤在农业生产中的作用,土壤地理研究内容与方法,绪 论,Back,土壤在地理环境中的地位和作用,地之吐生物者也说文 百谷草木丽乎土易彖传,壤：,土：,柔土也,一、 土壤地理学研究的主要内容和方法,探讨土壤的物质组成和性质; 土壤的物理、化学和生物学特性；土壤的发生和演变；土壤的分类和分布；土壤的肥力特征以及土壤的开发利用改良和保护等

2、,（二）、主要方法,1 、传统方法: 野外调查; 室内研究(包括土样的分析测定、图表的编制和调查研究报告的编写等)土壤定位观测;,2 、新技术、新方法: 土样分析测试的自动化; 土壤制图的电子计算机化; 土壤动态的遥感监测; 土壤分析的数据化等.,（一）、主要研究内容,二、土壤概念及性质,特点：体现了土壤的形成过程 岩石风 化成土过程土壤；,特点：土壤是一种有生命的物质。,2 、土壤性质,1 、概念： 土壤是地球上能够生长植物并产生收获的疏松表 层 ，是母质、气候、生物、地形和时间等5大自然因 素综合作用产产物。(前苏 威廉 斯 ),土壤是具自动供肥机能和自动调节水、热、气、 肥机能的一类生物

3、体 (中国侯光炯 ),土壤的基本属性有肥力。, 土壤是一个独立的自然体。, 土壤是运动着的自然体。, 土壤是具有肥力的自然体。它是土壤的本质属性,是土壤学研 究的中心内容,3 、土壤与土地, 区别:, 土壤是地球上能够生长植物并产生收获的疏松表层, 土地是由地球一定高度和深度的岩石、矿藏、土壤、水份、大气和植被等构成的自然综合体，同时还包括人类劳动的种种结果, 联系:,土壤肥力是土壤和土地的基本要素，是二者研究的中心环节,三、土壤肥力,1 、概念：是指土壤为植物生长供应和协调水分、养分、空气和热量的能力.它是土壤物理、化学、生物性质的综合反应., 土壤肥力是土壤的本质属性。, 土壤肥力有量的区

4、别.,2 、土壤肥力的类型, 自然肥力:土壤在自然因素联合作用下所发展出来的肥力, 是自然成土过程的产物. 如：原始森林； 高山土壤,人为肥力:在耕种过程中发展出来的肥力,是农业土壤在耕种 、施肥、改良及其它技术措施等人为因素影响下产生的结果, 经济肥力:人为肥力和自然肥力相互作用产生的综合效应, 有效肥力:经济肥力在生产中表现出来的那一部分肥力, 潜在肥力: 没有在生产上表现出来的那一部分肥力,3 、土壤肥力和土壤生产力的区别:,土壤肥力:是指土壤为植物生长供应和协调水分、养分、空气 和热量的能力。它是土壤的本质属性,生产力: 土壤肥力与土壤环境相互作用而产生的一种综合效应, 土壤肥力高并不

5、意味着土壤生产力就高, 强调农田基本建设，改良土壤环境, 治之得宜，地力常新,1、营养库,2、养分转化和循环作用,3、雨水涵养作用,4、生物支撑作用,四、土壤在农业生产中的作用,5、缓冲与净化环境的作用,是植物生长繁育和生物生长的基地, 、与生物圈的关系, 、与大气圈的关系,1 、土壤圈与其它圈层的相互关系,、与水圈的关系, 、与岩石圈的关系,3、土壤地理学与相邻学科的关系,五、土壤在地理环境中的地位和作用,与农业科学,与地理科学,与环境科学,2、土壤圈与人类的关系,小结,是农业最基本的生产资料,是陆地生态系统的重要组成部分,是最珍贵的自然资源,是可持续农业的基础,练习：,土壤三相物质组成,土

6、壤胶体,固相,土壤溶液,第一章、土壤的物质组成及性质,液相,气相,土壤物理性质,一 、 土壤物质组成,三相,固相,液相,气相,有机质(土壤微生物),矿物质, 液相气相处于彼此消长状态,一、固相,(一) 土壤矿物质,1 、土壤矿物质来源: 岩石矿物,2 、土壤矿物质的类型及性质,原生矿物,次生矿物 (粘土矿物), 原生矿物,1) 、概念:,土壤原生矿物是指各种岩石受到不同程度的物理风化而未经化学风化的碎屑物.其原来的化学组成和结晶构造均未改变.,2) 、类型,a 、 硅酸盐、铝硅酸盐类,c 、 硫化物类,d 、磷酸盐类,b 、氧化物类,！(1) 、土壤原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势,！(2

7、) 、土壤中原生矿物类型和数量决定于矿物的稳定性,！(3) 、土壤原生矿物是植物养分的重要来源, 次生矿物,1)、概念 又叫粘土矿物，是由原生矿物经风化作用和成土作用重新形成的另一类矿物，其化学组成和构造都经过改变，而不同于原来的原生矿物它是土壤物质中最细小的部分（粒经0.001毫米）,) 、类型及性质,简单盐类,非层状硅酸盐矿物类,层状硅酸矿盐类,简单盐类：它包括各种碳酸盐、重碳酸盐、氯化物类，它们都是原生矿物经过化学风化后的最终产物,非层状粘土矿物类,氧化铁和氢氧化铁类,氧化铝矿物类,氧化锰矿物类：土壤中常见为MnO和MnO2，在土壤结构表 面上呈棕、黑色胶膜或呈结核状存在,氧化硅：主要指

8、氧化硅凝胶和蛋白石在酸性条件下，氧化 硅聚合成蛋白石，内含许多有机、无机杂质，呈彩色,一水铝石（AI2O3H2O）,三水铝石(AI2O33H2O）, 层状铝硅酸盐粘土矿物类,高岭石类,蒙脱石类,水化云母类,绿泥石类,由两种基本结构单位构成、并都含有结晶水的一些极微细的结晶颗粒,层状铝硅酸盐粘粒矿物的基本结构单元,（1）硅氧四面体和硅氧片 硅氧四面体：硅氧四面体是硅酸盐矿物的最基本的结构单位，不同的连接组合方式形成不同的硅酸盐矿物。,中心孔0.32nm,Si- 0.39nm,SiO44-,六角形网孔,硅氧片,（2）铝氧八面体和铝氧片,铝氧八面体(八面体)：,AliO69-,铝原子的半径0.057

9、nm,中心孔隙为0.058 nm,铝氧片,共用上下两层氧原子形成 片,A 高岭石组（1：1型矿物）,1:1型单位晶层: 由一个硅片和一个铝片构成。硅片顶端的活性氧与铝片底层的活性氧通过共用的方式形成单位晶层。这样1:1型层状铝硅酸盐的单位晶层有两个不同的层面，一个是由氧构成的层面，一个是由氢氧构成的层面。,包括高岭石、埃洛石等 特点： (1) 1:1型 单位晶胞（层）化学式： Al4Si4O10(OH)8 (2) 膨胀性小 晶层间距约0.72nm,硅片和铝片之间存在氢键 (3) 电荷数量少 同晶替代极少 (4) 颗粒较大（有效直径0.22m） 可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性弱, 高岭石组矿物（

10、1：1型矿物）类型及特点,2:1型单位晶层 由两个硅片夹一个铝片构成。两个硅片顶端的氧都向着铝片，铝片上下两层氧分别与硅片通过共用顶端氧的方式形成单位晶层。这样2:1型层状硅酸盐的单位晶层的两个层面都是氧原子面。,B 蒙脱石组矿物（2：1型矿物）, 蒙脱石组矿物（2：1型矿物）类型及特点,包括蒙脱石、绿脱石、蛭石等 特点： (1) 2:1型 单位晶胞的理论化学式：Al4Si8O20(OH)4nH2O (2) 膨胀性大 晶层以分子引力联结，晶层间距： 蒙脱石0.962.14nm 蛭石0.961.45nm (3) 电荷数量大 同晶替代现象普遍 (4) 颗粒较细，呈片状 可塑性、粘结性、吸湿性、粘着

11、性显著，对耕作不利 蒙脱石在我国北方土壤分布较广，蛭石分布在风化不太强而排水良好的土壤中,C 水化云母组矿物（2：1型矿物）,典型代表：伊利石,特点： 2:1型 单位晶胞的理论化学式： k2(AIFeMg)4(SiAI)8O20(OH)4nH2O (2) 非膨胀性 晶层以K离子键联结，晶层间距：1.0nm (3) 电荷数量大 同晶替代现象普遍 (4) 具胶体特性 可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性介于高岭石和蒙脱石之间,D 绿泥石组矿物（2：1：1型矿物）,特点： 层间吸附水分较少，所以不易膨胀 。同晶替代普遍。土壤中绿泥石大多是母质带来的。绿泥石经不起化学风化，随着风化和成土作用加强，母质中原有

12、的绿泥石会迅速消失。,(二)、土壤矿物质的风化及地理分布,1 、土壤矿物质的风化过程, 物理风化, 化学风化,水的溶解作用,水化作用,水解作用,氧化作用, 生物风化 (物理风化和化学风化),2 、风化作用的产物, 风化残体, 易溶于水的简单盐类, 形成各种不同风化程度的次生矿物,3、土壤矿物的地理分布, 一般分布规律：,干冷气候条件下，土壤中含原生矿物种类较多,湿热气候条件下，土壤中含原生矿物氧化物较多,过渡气候条件下，土壤中含原生矿物硅酸盐较多, 次生粘土矿物的地理分布：,在强烈化学风化的热带和亚热带地区，主要是以高岭石类为主,在干旱寒冷地区，土壤主要是以水云母类为主,在温暖或温湿地区，土壤

13、主要是以蒙脱石类为主, 我国次生粘土矿物的地理分布：,水云母区,水云母蒙脱石区,水云母蛭石区,蛭石高岭石区,水云母蛭石高岭石区,高岭石水云母区,高岭石区,我国土壤粘土矿物分布规律,(二)土壤有机质(OM), 、土壤有机质的概念：它是指土壤中的各种含碳有机化合物，其中包括动植物残体、微生物体和这些生物残体的不同分解阶段的产物，以及由分解产物合成的腐殖质等, 、土壤有机质的来源及组成成分, 来源,1、死亡的动植物、微生物残体。2、施入的农家肥。3、工业及城市垃圾废水、废渣。,原始土壤：微生物体是土壤OM的最早来源。,自然土壤：死亡的动、植物，微生物残体及植物的枯枝落叶， 但基本来源是它上面生长的绿

14、色植物。,耕地土壤：可概括为两个方面：a 、栽培作物的残留物 b 、施用的有机肥。其中后者其主导作用。,组成成分,a 、碳水化合物：有单糖、多糖(淀粉纤维素木质素果胶质),b 、含氮化合物：蛋白质、多肽、氨基酸等,d 、脂肪、蜡质、单宁和树脂,c、含磷、硫化合物：植素、核酸、磷脂等,e 、木质素,A 元素组成：主要是由C、 O 、 H、N、 S等元素,B 化合物组成：,矿质化：有机质在微生物的作用下分解为简单化合物同时释放出矿质养分的过程。,3、土壤有机质的转化,矿质化过程,腐殖化过程,(主要动力是土壤微生物),R(C, 4H) 2O2,CO22H2O能量,（含碳和氢的化合物）,在微生物联合作

15、用下,例:,有机物质在微生物分泌出的体外酶的作用下将较复杂的有机物先分解成构成该物质的基础有机化合物。 微生物吸收第一阶段的降解产物，一部分作为建造自身的原料，一部分则被彻底转化为最终分解产物，如CO2、H2O并释放出无机盐（如NH4+、SO42、HPO42等）。,矿化分两个阶段：, 腐殖化过程:有机质在微生物的作用下合成为复杂稳定的腐殖质的过程,植物残体,腐殖质,在微生物作用下,（3） 土壤腐殖质,1、土壤腐殖质是指有机质分解后再缩合而成的一系列黑褐色 高分子有机化合物.,2 、腐殖质的组成成分,胡敏酸 (棕色): 溶于碱而不溶于酸,占腐殖质总质量的60%,3、腐殖质成分的提取,4 、腐殖质

16、的性质, 、功能团含量多(羧基、酚羟基、甲氧基、醌基、胺基等),COOH;,OCH3;,、分子量很大 (可以从十至几百到大致几百万), 、化学结构成芳香族性,R-CH2-NH2 , 、具有代换吸收性, 、腐殖质的带电性,5 、影响土壤有机质分解与转化的因素,土壤温度,土壤含水量与通气状况, 植物残体的特性： C/N（ 25-30:1）, 土壤特性,、腐殖质的溶解、凝聚和稳定性,6、土壤有机质在土壤肥力上的作用, 提供作物和微生物需要的养分, 改善土壤肥力特征, 促进土壤物理性质的改善, 其它方面的作用,7、土壤有机质在生态中的作用, 与重金属离子的作用, 对农药等有机污染物的固定作用, 对全球

17、碳平衡的影响,二、液相 (土壤水分),1 、土壤水分的来源,土壤水分主要来自大气降水、灌溉水、地下水.此外,还包 括水汽的凝结,地面植物截留 30%,大气降水,地表径流,进入土壤中,2 、土壤水分类型及其特性,土壤含水情况,土壤由干变湿,10000,31,6.25,1/2,8/100,1/1000,土壤对水分的保持力(大气压),土壤水分常数,土壤水分类型,吸湿系数,(最大吸湿量),凋萎系数,最大分子持水量,(最小持水量),田间持水量,(最大毛管持水量),毛管持水量,(最大持水量),饱和持水量,化合水与结晶水,吸湿水,膜状水,毛管悬着水,重力水,毛管上升水,无效水,有效水(最大含量),多余水,土

18、壤水分有效性,105,所含水分在105以上方可释放,化学束缚水,物 理 束 缚 水,毛 管 水,束 缚 水,自由水,固态水 气态水,3、田间土壤水分平衡,W = PIUETRInD,4、土壤水分含量的表示方法,(1)、质量（重量）含水量,(2)、容积含水量,(3)、相对含水量,5、土壤水分的能态,(1)、土水势及其分势,a、基质势(m),由吸附力和毛管力所制约的土水势叫基质势,b、压力势(p),p=wghv,C、溶质势(s),是指由土壤水中溶解的溶质而引起的土水势,d、重力势(g)：由重力作用引起的土水势变化,e、总水势(t),t= m p s g,土壤水受不同压力所产生的自由能变化称压力势。

19、压力势为正值,(2)、土水势的测定,基质势的测定,张力计测定法：,6、土壤水分含量的测定方法,(1)、烘干法,(2)、灼烧法（快速烘干法）,(3)、中子法,(4)、TDR法,TDR（Time-Domain-Reflectometry） 时域反射仪,附：土壤湿度野外识別,三、气相: 土壤空气,土壤空气是指土壤中存在的各种气体混合物，它和土壤水共存于土壤孔隙中，是土壤肥力要素之一,、土壤空气的来源：主要来自大气,2、土壤空气的组成,3、土壤空气的迁移转换,1)、土壤空气的浊化过程,4、影响土壤气体交换的因素,土壤质地和结构,土壤水分,土壤与大气中的O2和CO2的浓度差,大气气压、空气气温及土温,5

20、、土壤空气交换的意义, 影响植物的根系及生长, 影响土壤肥力,土壤空气的对流,土壤空气的扩散:土壤呼吸作用,2)、土壤空气的更新过程,第二节 土壤性质,一、土壤的物理性质,土壤质地,土壤结构,土壤的力学性,土壤的孔性,土壤颜色,(一)、土壤颜色,1、土壤颜色的影响因素,矿物质,土壤质地结构,水分,生物,有机质 (腐殖质),土壤质地概念,土壤质地分类,土壤质地与土壤肥力,主要内容,(二)、土壤质地(土壤机械组成),土壤质地概念：土壤是由许多大大小小的土粒按不同的比例组合而成的，这些不同的土粒混合在一起表现出来的土壤粗细状况，就称为土壤质地亦称土壤机械组成, 、土粒：,土壤矿物质颗粒,单粒 (原生

21、土粒),复粒 (次生土粒),分类,色调 (色彩、色别):是指占优势的光谱色,亮度 (色值、明亮度):指土壤颜色的相对亮度,彩度 (饱和度):是指光谱色的相对纯度或强度,（）、粒级：,土壤颗粒大小级别，它有四类，石砾、砂粒、粉粒(又叫粉砂粒) 和粘粒,（） 、各粒级的矿物组成及基本特性：,1）、矿物组成, 、石砾及砂粒 (3 mm粒级 0.05mm) ：是母岩物理风化碎 屑物，其所含矿物成分和母岩基本一致,、粘粒(0.0010.005mm)：是化学风化产物，其所含矿物 成分和母岩不同，属于次生矿物一类,2）、各粒级的性质, 、粉粒(0.050.005mm)：颗粒介于粘粒和砂粒之间，其矿 物组成成

22、分中有原生矿物，也有次生矿物, 、 有微弱的可塑性和胀缩性, 、粘结力在湿时明显，干时减弱,、土壤质地分类,根据土壤中各粒级的重量百分数组成，把土壤划分为若干类别，这就叫土壤质地分类,透水慢，排水困难，通气不畅,有较强的粘结力，可塑性和胀缩性显著,养料丰富，保肥能力强,土壤质地的具体划分步骤：(以国际制为例),根据粘粒含量将土壤划分为四大类别：粘粒含量25%为粘土类,根据粉粒含量细分：凡粉粒含量 45%者，质地名称前冠 以粉质,当粉粒含量达到5585%时，在质地类别名称前要 加冠“粉砂质”字样。,凡砂粒含量 55%,则名称前冠以砂质,练习,附：土壤质地的野外识別：,、土壤质地与土壤肥力,1)

23、、砂质类土：砂粒所占比例最大，土粒间孔隙大，毛管作用 弱，排水良好，通气性透水性强。,2) 、粘质类土：粘粒所占比例最大，土粒间孔隙小，排水不畅， 毛管作用强，通气、透水性差。,3 )、壤质类土：砂粒粉粒和粘粒含量比例适宜，所以既有砂土 和粘土的优点，又克服了砂土和粘土的缺点., 养分含量贫乏，肥力低。, 养分含量比较丰富，释放缓慢。, 养分丰富,肥力持久。,附：土壤肥瘦野外识別,(三)、土壤结构,土壤结构是指土粒相互排列，团聚成为一定形状和大小的土块或土团，又称结构单位。,块状结构和核状结构,棱状结构和柱状结构,片状结构,团粒结构,特点：长、宽、高三轴平均发展的似立方体型结构体,1 、土壤结

24、构的类型及性质,1）、块状结构体和核状结构体,土壤肥力特点： 块状结构体间粒间孔隙过大，不利于蓄水保水，易透风跑墒，出苗难；出苗后根不着土造成“吊根”现象，影响水、肥吸收；内部紧实，不利于扎根； 核状结构体小孔隙过多，尤其是非活性孔隙过多，孔性不良，水、气不协调。,2）、柱状结构体和棱柱状结构体；,土壤肥力特点：结构体内部紧实，孔隙小而少，通气不良，根系难以伸入；结构体间易形成大的垂直裂隙，成为水、肥下渗通道，造成跑水、跑肥；,3）、片状结构体,土壤肥力特点：结构体内部紧实，多为非活性孔隙，有效水少且通气不良，不利于扎根,土 壤 团 粒 体,4）、粒状结构体,土壤肥力特点：, 能协调土壤有机质

25、中养分的消耗和积累的矛盾；,具有多级孔隙；, 能稳定土壤温度，调节土壤热量状况；, 团粒结构降低了土粒间的粘着性、粘结性，减少了耕作阻力, 有利于作物根系的伸展和生长；,2、 土壤结构体的形成, 第一阶段：粘结团聚过程。单粒（或粘粒）在胶体凝聚、水膜粘结以及胶结作用下形成初级复粒或致密的小土团。稳定性差，易分散。,单个土粒,团聚体,微团粒,土粒,土粒,土粒,Fe2+,腐 殖 质,Fe3+,Al3+, 第二阶段：切割造型过程。在外力作用下，使初级复粒进一步相互逐级粘合、胶结、团聚，依次形成第二级、第三级微团聚体，再经多次聚合，最终成为大小形状不同的团粒结构体。,根系的切割作用,干湿交替作用,冻融

26、交替作用,耕作的作用,、土壤结构的肥力意义,对水、气、热的调节,对营养元素的调节,(四)、土壤的力学性,它是指土壤在各种含水状况下，受到外力作用时显示出一系列的动力学的性质，包括土壤的粘结性、膨胀性和收缩性、可塑性, 、土壤粘结性(Soil coherence)土粒与土粒之间互相吸引而结合在一起的性能它反映出土壤抵抗机械破碎的能力, 、土壤粘着性(Soil stickiness)是指土粒粘附于外物(农具)的性能，粘着性的大小决定于土壤与外物的接着面积, 、土壤可塑性(Soil plasticity) 是指土壤在湿润状态下，能被塑造并保持其所取得形状的性能, 、土壤的胀缩性(Soil swell

27、-shrink capacity) ： 是指土壤因吸水而膨胀，脱水干燥而收缩的性能,(五)、土壤的孔性,1、土壤比重：单位体积固体的重量与同体积水的重量之比，称为土壤的比重(Specific weight of soil),2、土壤容重：单位体积的原状土体(包括固体和孔隙)的干土重与同体积的水之比，称为土壤的容重(bulk density)，以g/cm3表示。,（1）、计算土壤重量,例：耕地面积667m2，耕作层厚0.15m，土壤容重为1.34g/cm3， 土壤重量为： 667 0.15 1.34 1000 134067kg,一般而言，在同一土壤中，表层土壤的比重小于其下土层,土壤重量体积容重

28、,（2）、计算工程土方量,如在土建工程中，有2000面积应挖去0.2m厚的表土，其容重为1.3t/m3，则应挖去的土方为：,20000.2m=400m3 土壤质量为:400m3 1.3t/m3=520t,（3）、估算各种土壤成分储量,如1hm2农地（厚0.2m）容重为1.3g/cm3，有机质含量为15g/kg，全氮量为0.75g/kg，则该农地耕层土壤中的有机质储量和氮的储量为多少？,有机质储量：10000.2m 1.3t/m30.015= 39.0t 氮的储量：10000.2m 1.3t/m30.7510-3= 1.95t,（4）、计算土壤孔隙度, 、土壤孔隙度：单位体积土壤内孔隙所占体积的

29、百分比，称为土壤孔隙度(soil porosity).,其测定常使用土壤的容重和比重计算而得：,(1)、土壤孔隙分级,毛管孔隙与非毛管孔隙,47.46%,24.51%,孔隙度,大小颗粒相互填充是土壤孔隙度达到了最低值,二、土壤胶体,胶体是指直径在1100毫微米之间的颗粒，但是实际上土壤中直径1000毫微米的粘粒都具有胶体的性质，所以通常所说的土壤胶体实际上是指直径在11000毫微米之间的土壤颗粒，它是土壤中最细微的部分,electron micrographs of the clay minerals montmorillonite,electron micrographs of the cl

30、ay minerals kaolinite,土壤胶体: 土壤中粒径11000毫微米的矿物质颗粒和腐殖质（分散相）分散在土壤溶液（分散介质）中的分散体系。, 、土壤胶体的种类,土壤矿质胶体(土壤无机胶体),有机胶体,有机无机复合胶体,2 、土壤胶体表面类型,(1)、硅氧烷型表面,SiOSi,(2)、水合氧化物型表面,M(金属阳离子)OH,(3)、有机物表面,3 、土壤胶体的结构,胶体微粒,胶核,双电层,补偿层,决定电位离子层,非活性的补偿离子层,扩散层,胶体微粒,决定电位离子层,非活性的补偿离子层,扩散层,胶核,由SiO2、FeyOx，Ai2O3次生铝硅酸盐，腐殖质等分子团组成的微粒核,补偿离子

31、层,双电层,4、土壤胶体的电性和电位分析： 完全电位：在决定电位离子层界面上所具有的电位势，即决定电位离子层与粒间溶液之间产生的电位差。,粒 间 溶 液,完全电位,电动电位：在非活性补偿离子层界面上的电位势，即非活性补偿离子层与粒间溶液之间产生的电位差。,粒 间 溶 液,电动电位,5 、土壤胶体的性质,（）、有巨大的比表面和表面能,比表面：单位重量固体颗粒的表面积,表面能：表面分子由于受内外物质的吸引不均而产生的自由能, 物体分割得愈细小，单体数愈多，比表面愈大,（2）、带电性：胶体一般都带电荷,原因：,同晶置换作用：一般同晶置换的电荷多带负电荷,晶格破碎边缘的断键Si-O-Si Si-O-;

32、 Ai-O-Ai Ai-O-,胶体向介质解离或吸附离子而带电, 比表面积的测定方法,1)、仪器法,2)、吸附法,（3）、土壤胶体的分散和凝聚性,6、土壤胶体的离子交换,）概念：土壤胶体表面吸附的离子与溶液介质中其电荷符号相同的离子相交换，称为土壤的离子吸收和土壤的离子交换作用（ion-exchange of soil）,）分类,阳离子吸收交换作用,阴离子吸收交换作用, 电荷种类,1)、永久电荷,2)、可变电荷(与溶液PH有关),3)、净电荷,）、土壤中阳离子交换作用：土壤中带负电荷的胶粒吸附的阳离子与土壤中的阳离子进行交换，称为阳离子交换作用。阳离子交换作用有如下几个特点：,、它是一个可逆反应

33、并能迅速达到平衡,、阳离子交换按当量关系进行。即离子间的相互交换以离子价 为依据作等价交换,、阳离子代换力大小,M+3M+2M+1,4）、阳离子交换量,阳离子交换量（CEC）是指土壤所能吸附和交换的阳离子总 量，单位用每千克土壤的一价离子的厘摩尔数表示即cmol(+)/kg,CEC = S,5）、盐基饱和度,三、土壤溶液, 、什么是土壤溶液：土壤中水分溶解了土壤中各种可溶性的物质，这种混合物质便是土壤溶液, 、土壤溶液的组成及来源,溶剂：土壤水分（来自大气降水）,溶质,自然降水中所带的可溶物,无机盐类,有机化合物类,无机胶体类,络合物类,土壤溶液, 、土壤溶液性质,1) 、 土壤溶液的酸碱反应

34、,是指土壤中的酸性物质和碱性物质解离出的H+和OH-数量 中和的结果，使土壤显酸性还是碱性，这种反应称为土壤的酸 碱反应, 土壤溶液中H+主要来源,土壤腐殖酸及有机质分解作用,土壤中含S矿物的氧化（H2SO4）,含氯矿物（HCI）,植物的根和微生物呼吸产物（H2CO3）, 土壤溶液中H+的存在形式,在土壤溶液中,吸附在土壤胶体表面,活性酸,潜在酸,活性酸(有效酸),存在于土壤溶液中H+引起的酸度，称为活性酸。通常用值表示，即：,潜在酸,吸附在土壤胶体表面的H+和AI3+所引起的酸度，称为潜在酸, 潜在酸在一般情况下不显示其酸性，只有在被其它阳离子交换而转入土壤溶液后才显示其酸性, 土壤溶液的酸

35、碱度影响植物的生长,而且还影响土壤养分的有效性以及矿物的转化, 中国土壤：南酸北碱,2)土壤溶液的氧化还原反应,氧化还原反应实质是原子的电子得与失的过程。失去电子 的过程，称为氧化作用；失去电子的物质，称为还原剂；得到电 子的过程，称为还原作用，易得电子的物质称为氧化剂。,3)土壤溶液的缓冲性,是指当加入酸或碱于土壤中时，土壤具有缓和酸碱度改变的能力。土壤缓冲性主要来自土壤胶体及其吸附的阳离子，其次是土壤中所含的弱酸及其盐类,影响土壤中矿物质和有机质的转化,四、土壤热性质,土壤热量的来源,土壤热容量,土壤导热率,土壤导温性,土壤温度变化,土壤热能的消耗,4H+,土壤胶体 NaOH 土壤胶体 4

36、Na+4H2O,Na2CO3+HCI =H2 CO3+2NaCI ； H2 CO3+Ca(OH)2 = CaCO3+2H2O,附：酸性土与碱性土,Q(w1 w2) b1 b2 e1 e2 g v, 、土壤热容量,重量热容量(C)：是使1g土壤增温1所需的热量，又称为比热,容积热容量(Cv)：是使1cm3土壤增温1所需的热量，又称热容量,Cv=CW,主要取决于土壤含水量,2 、土壤导热率(K),即1厘米厚的土层，温度差1时，每秒钟经断面1平方厘米通过的热量的焦耳数,与土壤紧实度和土壤湿度有关系,3 、土壤导温性,土壤传递温度变化及消除土壤不同部分之间温差的快慢和难易 的程度称为土壤的导温性,D=

37、K/Cv(单位：平方厘米/秒),影响因素主要是土壤含水量，干土易升温，湿土不易升温。,4 、土壤温度的变化,日变化：地表土温日出后逐渐升高，到下午12时达到最 高，以后又逐渐下降，日出前最低,年变化：地表土温一般从3月开始升高，7月达到最高，以 后又逐渐下降，1月或2月份最低,本章复习思考题：, 、土壤质地的含意是什么?,5 、土壤温度对土壤肥力的影响, 影响土壤的各种化学反应, 影响土壤有机质和碳素的积累, 影响土壤微生物的活动, 对水、气运动的影响,3 、土壤结构成型的外力作用?,5 、土壤胶体的概念?土壤胶体的结构?,7、土壤离子交换的概念?什么叫阳离子交换?阳离子交换有何特点?,8、土

38、壤溶液的概念,土壤溶液由哪些成分组成?它在土壤中的变化 规律如何?,9、试阐述土壤呼吸过程的机制，并指出土壤呼吸与生物呼吸的差异?,10、土壤酸度对土壤养分有何影响?,11、土壤氧化还原作用与土壤中主要元素形态变化有何关系?,12、土壤温度变化规律如何?,4 、土壤结构对土壤肥力的影响?,6 、土壤胶体的性质?,2 、土壤结构的概念?有哪些类型?,13、根据同学们的实际观察，并结合下图试简述土壤的生态环境功能?,第二章 土壤形成、分类及分布,土壤成土因素,土壤分类,土壤类型空间分布规律,世界土壤分布规律,中国土壤分布规律,第一节土壤形成因素,一、土壤形成因素学说,(一)、成土因素学说的发展,道

39、库恰耶夫建立了成土因素学说观点 (K,O,P)T,威廉斯发展了生物学说观点,詹尼补充完善了成土因素学说 S(Cl,O,R,P ,T),S(Cl,O,R,P ,T)气候函数式,S(O, Cl,R,P ,T) 生物函数式,S(R,Cl,O, P ,T) 地形函数式,S(P ,Cl,O,R, T) 母质函数式,二、成土因素对土壤形成的作用,(一) 、母质因素,1、母质的概念：是指形成土壤的岩层风化物,2、母质分类,残积物,运积物,风积物,水积物,重力堆积物,冰川沉积物,(二)、成土因素学说的基本观点, 、土壤是成土因素综合作用的产物, 、成土因素具有同等重要性，同时不可相互代替, 、成土因素的变化制

40、约着土壤的发生变化, 、成土因素具有地理分布规律,(二) 、生物因素（植物、动物和微生物）, 、植物对土壤形成的影响,使母质中有限数量的矿质养分循环地发挥无限的营养作用，并将大气中的分子氮纳入循环轨道,3 、母质对土壤形成的影响,母质影响土壤的物理性状和化学组成,母质影响土壤的酸碱性,母质影响土壤的成土过程,母质的层次性影响土壤的剖面构造,母质影响土壤次生矿物种类,）植被类型对土壤中有机质分布和积累有影响,a、木本植被：有机质多聚于土表，形成有机质含量高而厚度小的表层，向下则随深度而锐减, 常绿阔叶林 温带夏绿阔叶林 寒带针叶林,b、草本植被：含有机质表土层较厚，向下则随深度而逐渐减少,使母质

41、中可溶性无机养分转为有机形态而免于大量淋失, 养分的生物富集或表聚作用,2、土壤微生物对土壤形成的影响,分解者 合成者 累积者,3、土壤动物对土壤形成的影响,对土壤物质的混合和促进有机质的转化, 草甸植被 草甸草原植被草原植被干草原植被荒漠草 原植被荒漠植被,2）植被类型对土壤养分循环和风化淋溶的影响,(三) 、 气候因素,1 、气候对土壤热状况的影响, 受热型, 冷却型, 热平均分配型,2 、气候对土壤水分状况的影响, 淋溶型, 非淋溶型, 上升水型（渗出型）, 停滞型,3 、土壤水、热对土壤形成的影响, 土壤水热条件影响岩石矿物风化强度, 水热条件影响土壤有机质的积累和分解, 水热条件影响

42、次生粘土矿物的形成, 水热条件影响土壤微生物的数量和种类, 水热条件影响土壤的分布规律, 水热条件影响土壤中物质的迁移,(四) 、地形因素,(1 )、水热条件的高度变化,(2) 、水热条件的坡向变化,阴坡、阳坡,迎风坡、背风坡,(3) 、水热条件的微地形变化,1 、地形对地表水热条件的再分配,2 、地形对地表物质的再分配,(1 )、地形对成土母质的再分配,(2 )、地形对化学风化产物的再分配,(五) 、时间因素,1 、土壤绝对年龄：是指土壤从母质上开始发育直到现在所经历的时间, 、土壤相对年龄：是指土壤的发育程度，一般用土壤剖面的分异程度来确定在一定区域内，土壤发生层次的分异愈明显和厚度愈大，

43、表明土壤的发育程度愈高,(六) 、人为因素,表现在:,1 、人类活动是有意识、有目的的活动,2 、人类活动受社会生产力的制约,3 、人类活动可以控制土壤发育的方向,小结:这些成土因素之间是相互作用相互影响的, 是长期存在的,3、时间对土壤形成的影响：,影响的土壤性质,影响的土壤类型,第二节 土壤的发生过程,一、土壤形成的基本规律,1 、物质的地质大循环过程,裸露的岩石,沉积,沉积岩,变质岩,岩桨岩,内生能的输入,风化,侵蚀,输运,岩化作用,变质作用,熔化作用,大气,2、物质的生物小循环过程,3、地质大循环和生物小循环的关系,二、主要成土过程,1 、原始成土过程 (formation of pr

44、imordial soil), 土层浅薄, 腐殖质积累少,无明显的腐殖质层,在海拔3500m以上 的土壤多为原始土壤,2 、灰化过程 (podzolization),是指在土体表层(特别是亚表层)SiO2残留, R2O3及腐殖质淋溶淀积的过程, 发生在寒温带针叶林植被下,土体表层碱金属、碱土碱金属淋失 表层有一灰白色淋溶层,3 、粘化过程 (Argilication),是指岩石风化形成土壤的初期阶段,是指土体中粘粒的生成、淋溶和淀积过程, 发生在温带和暖温带半湿润半干旱地区; 原生矿物强烈分解; 土体心部有明显的粘粒聚积,4、富铝化过程 (allitication),是指土壤脱硅、富铝的过程,

45、 发生在湿热气候条件下;土体呈鲜红色 ;有铁磐层,5、钙化过程 (calcification),是指在土壤形成过程中，碳酸盐在土体中淋溶、淀积过程, 发生在干旱、半干旱气候条件下; 水分季节性淋溶; 土体中下 部有一钙积层。,、潜育化过程 (gleization), 高价铁、锰还原为低价铁、锰，土壤上层为蓝灰色或青灰色,是指终年积水的土壤发生的还原过程,、潴育化过程 (hydromorphic process),是指土壤形成过程中的氧化还原过程, 土壤经常处于干湿过程中，土体中形成锈纹、锈点、黑色 铁锰斑或结核、红色胶膜等新生体,、白桨化过程 (Albic process),指土壤表层由于上层

46、滞水而发生的潴育漂洗过程, 发生在质地粘重或有冻层顶托的地区;腐殖质层下出现白色 土层,、腐殖化过程 (humification),是指在生物因素作用下，在土体中，尤以土体表层进行的腐殖质累积过程, 发生在草原及草甸植被条件下;大量的有机质不能彻底分解,、泥碳化过程 (paludization),是指有机质以植物残体形式的累积过程, 发生在地下水位很高或地表有积水的沼泽地带，湿生植物不能 彻底分解;土壤有明显的泥碳层,土壤的人为熟化过程,机械淋洗过程,络合淋溶作用,碱化过程,盐化过程,此外：,三、土体的分异过程,土壤剖面（土壤发生层）：它是指从地表垂直向下的土壤纵剖面，是由性质和形态各异的土壤

47、层重叠在一起构成的土层,1 、自然发育的土体土壤剖面基本图示：,有机质含量丰富，土层颜色常呈深色,由淋溶作用而使物质迁移和损失的土层，在正常情况下，该层区别于A层的主要标志是有机质含量低，色泽较淡,这是物质绝对累积的层次。它常与E层相对立而存在,各种基岩风化物,各种坚硬基岩。,(A),C,A,C,A,C,A,C,A,C,(BE),EB,B,E,原始剖面,弱分异剖面,正常剖面,一般土壤剖面的发育过程,2、耕作土体土壤剖面示意图：,旱地土壤剖面,耕作层,犁底层,心土层,底土层,A,P,W,G,E,淹育层,犁底层,潴育层,潜育层,漂洗层,水田土壤剖面,C,母质层,第三节土壤分类,一、土壤分类,概念：

48、土壤分类是根据土壤自身的发生发展规律，在系统地认识土壤的基础上，对土壤进行区分和归类,（一）、世界土壤分类概况,1 、发生学分类 (以前苏联为代表), 基本观点,发生学分类,诊断学分类,形态发生学分类, 分类单元及其划分依据,理论基础:,依 据:,成土因素及其对土壤的影响,土壤形成过程和土壤属性, 分类的特点,a、把土壤分类与分区结合起来,b、 把耕作土壤和自然土壤的分类置于同一分类系统中,c、 对分类的指标进行数量化和标准化(水热条件、形态特征、机 械组成、盐基状况等), 土壤命名,采用连续命名法：即在土类名称的前面加上亚类的形容词,如：,2 、土壤诊断学分类 (以美国为代表),基本观点：把

49、土壤属性作为土壤类型划分的具体指标，,诊断层,凡是用于鉴别土壤类型，在性质上有一系列定量说明的土 层，称为诊断层,诊断层,诊断表层 （个）,诊断表下层 （个）,松软表层,人为表层,暗色表层,有机表层,草垫表层,淡色表层,划分的依据:土壤的诊断层和诊断特性,诊断特性,用来鉴别土壤类型的依据不是土层，而是具有定量说明的土壤性质，则称为诊断特性,如：用土壤温度作为诊断特性的等级状况,永冻土壤：年均温0,冷冻土壤：年均温0，50cm深处夏季平均15,冷性土壤：年均温,中温土壤：年均温8 15 ，50cm深处夏季平均,热性土壤：年均温15 22 ，50cm深处夏季平均,高温土壤：年均温 22 ，50cm

50、深处夏季平均,分类单元与划分原则,土壤命名,高级分类单元命名采用拉丁文及希腊文等字根拼缀法,中级分类单元命名则是在高级命名前冠以特定形容词而构成,低级分类单元以最初研究该土壤所在地的地方命名,土壤类型检索,土壤表层直至40cm深处的有机质含量在300g每千克土以 上 有机土,在其余土壤中，2m内有灰化淀积层 灰土,在其余土壤中，2m内氧化层，且无淀积粘化层 氧化土,在其余土壤中，地表下50cm土层的粘粒含量在30%以上， 干时，有某些裂隙 变性土,在其余土壤中，一年中有一半以上时间干燥，且无松软表层 氧化土,在其余土壤中，有淀积粘化层，在地表下1.8m处土壤盐基饱 和度小于35% 老成土,在其

51、余土壤中，有松软表层 软土,在其余土壤中，有淀积粘化层 淋溶土,在其余土壤中，有暗色表层，松软表层或草垫表层或雏形层 始成土,(二)、我国的土壤分类学体系,、中国土壤发生学分类, 发生学原则, 分类的基本原则, 统一性原则, 分类单元,土纲：根据土类间的发生和性状的共同性加以概括共12土纲,亚纲：根据土壤形成过程的主要控制因素的差异划分共27亚纲,土类：分类的基本单元它是在一定的综合自然条件或人为因素作 用下，经过一个主导或几个附加的次要成土过程，具有一定 相似的发生层次,亚类：是在土类内按土壤发育的不同阶段进一步细分,土属：是土壤在地方性因素的影响下所表现出来的区域性变异,土种：是指发育在相

52、同的母质上，并且有相似的发育程度和剖面层次,变种：是指土种内在某些性状上的差异, 土壤命名,采用分级单独命名法，即习惯名称与群众名称并用,、中国土壤系统分类, 分类单元：采用多级系统分类，共级，即土纲、亚纲、土类、亚类、土属、土种和变种, 土壤命名,采用分段命名，土纲、亚纲作为一段，土类、亚类作为一段,土属、土种作为一段；尽量改变以往的景观命名为属性命名，如：高山草甸土改为寒冻毡土；亚高山草甸土改为寒毡土等,二、土壤类型的空间分布规律,(一) 、土壤分布与地理空间的关系,S = F ( W . J. G ),S = F (W ),S = F (J ),S = F (G ),(二) 、土壤的水平

53、分布规律,1 、土壤的纬度地带性规律,所谓土壤分布的纬度地带性，主要是指地带性土类大致沿纬线方向延伸，按纬度方向逐渐变化的规律,) 世界性土壤地带分布（在高纬和低纬表现明显）,) 区域性土壤地带分布（在中纬表现明显）, 沿海型：,我国东部自北向南：灰化土暗棕壤棕壤 黄壤红壤 砖红壤, 内陆型：, 、土壤的经度地带性分布规律,中纬度地区表现最典型：,我国 (温带)：暗棕壤黑土黑钙土栗钙土棕钙土 灰漠土灰棕漠土,、大地形对土壤水平分布的影响,长城：长城沿海是暗棕壤与棕壤，长城内陆是钙积土与弱淋溶土,秦岭：秦岭以北是褐土，以南是黄棕壤,南岭：南岭以北是红壤，以南为砖红壤,天山：以北是灰棕漠土，以南是

54、棕漠土,(三) 、土壤的垂直分布规律,基带：土壤垂直带谱中，位于山地基部，与当地的地带性土壤相一致的土壤带,建谱土类：在土壤垂直带谱中，除基带外的其他主要土壤带的土壤类型，称建谱土类,1 、土壤垂直带谱的特点, 地理位置不同，土壤垂直带谱的组成亦不同,海拔高度,东,西, 在相同或相似的地理位置上，山体越高，相对高差越大，土壤垂直带谱就越完整, 山地坡向对土壤垂直地带谱的组成有明显影响, 联系：垂直分布与水平分布都以基带为基础，即基带相同,(四) 、土壤的水平地带分布和垂直地带分布的关系, 山体形态对土壤垂直带谱的展布有明显影响,、土壤的负向垂直分布规律, 区别：, 相同的土壤类型其土壤属性不一

55、样, 垂直带谱与水平带谱并不完全对应, 河谷地段最下端的土带是不稳定的, 在谷坡上往往出现一系列干旱区类型的土壤, 构成下垂谱的土壤类型由下段到上段呈有规律的简化,(五)、土壤的地方性分布规律, 、土壤的中域性分布规律,土 链, 耕作土壤的分布规律, 、同心圆式分布,2 、土壤的微域性分布规律, 枝形土壤组合, 扇形土壤组合, 盆形土壤组合, 、阶梯式分布,太湖地区, 、棋盘式分布,、框式分布,三、世界土壤分布,1、亚欧大陆土壤分布规律：,大陆内部沿纬度水平分布自北而南：,东岸自北而南依次为：,西岸自北而南依次为：,2、北美洲土壤分布规律：,西岸自东向西依次为：,东岸自北而南依次为：,3、南美

56、洲土壤分布,南回归线以南地区自东而西依次为：,南回归线以北地区主要为砖红壤、红壤，呈东西延伸,4、非洲土壤分布,以赤道为界向两极依次为：,5、澳大利亚土壤分布,自北、东、南三方向向西依次为：,四、中国土壤分布,砖 红 壤,砖 红 壤 性 红 壤,红 壤,黄 褐 土,黄 壤,黄 棕 壤,棕 壤,褐 土,暗棕壤,黑土,灰 化 土,黑垆土,灰钙土,棕 漠 土,灰色森林土,黑 钙 土,栗钙土,棕钙土,青藏高原高山土,红、黄壤,东,北,干旱类型土壤带,湿润类型土壤带,暖温带,温带,寒温带,热带与亚热带带,练习：,1、分析各种成土因素在土壤形成中的作用？,2、物质的地质大循环和物质的生物小循环的本质是什么

57、？,3、主要的成土过程有哪些？各过程有什么特点？,4、世界上有哪几大土壤分类体系？各分类体系的基本观点是什么？,5、什么叫诊断层和诊断特性？,第三章 主要的土壤类型,森林土壤,草原土壤,荒漠土壤,盐碱土,人为土,地带性土壤：一般把与大气候、生物因素直接相联系的，并在地表面呈带状分布，与自然地理地带相一致的土壤，称为地带性土壤或显域性土壤。,非地带性土壤：把主要在地方性土壤形成因素（母质、地形、 水文地质等）作用下，呈斑状或零星散布于地带性土壤之中的 土壤。,一、森林土壤,1、森林土壤的共同特点：, 气候湿润，淋溶作用强, 有机质表层多于下层, 土壤反应趋向于酸性,(一) 、灰化土,一) 、地理

58、分布：主要成带分布在北半球北部，其分布南界大致与北纬50纬线相当。,二)、成土条件,1 、气候条件：寒温带湿润气候区，气候特点是冬长而寒冷。,2、植被,以针叶林为主，主要树种为云杉属、冷杉属、松属等,3、地形、母质,地形主要是山地、丘陵或平原,母质是更新世冰川沉积物,三)、成土过程,1 、灰化层形成过程,2 、淀积层形成过程,碳酸盐分解淋溶,代换性盐基分解淋溶,铁、铝、锰分解淋溶,二氧化硅析出,四)、土壤主要性状,1、诊断层和诊断特性,诊断层是灰化淀积层：灰化层厚度2.5cm；灰化淀积物 85%；PH5.5；有机碳12g/kg,2、土壤理化性质,O,Ah,E,Bs,C,五)、土壤类型,灰化土,灰化土,生草灰化土,潜育灰化土,棕色灰化土,六)、土壤利用与改造,一般为天然林地，少量作牧地，不适宜农耕, 表层有机质含量高，可达400克/每千克以上，向下锐减，腐殖质组成以富里酸为主, 土壤呈酸性反应, 交换性酸量较高, 阳离子交换量低, 粘粒含量从表层向下明显增加,复习思考题,(二)、淋溶土,一) 、地理分布：广泛分布于世界温带、